הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

הערכת היכולות הסרת חלקיקים של העץ עלים

6.1K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/58026

⸱

7 באוקטובר 2018

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Key Laboratory of Silviculture and Conservation of Ministry of Education, Beijing Forestry University, 2School of Environment, Key Laboratory for Yellow River and Huai River Water Environment and Pollution Control, Ministry of Education, Henan Key Laboratory for Environmental Pollution Control, Henan Normal University

* These authors contributed equally

במאמר זה

סיכום

שיטת ניקוי אולטראסוניות הוחל על elute את חלקיקי החומר (PM) נשמרות על משטחים עלה לאחר PM היה eluted על ידי שיטות ניקוי קונבנציונאלי (ניקוי רק מים או מים ניקוי בתוספת מברשת ניקוי). המתודולוגיה יכול לסייע לשפר את דיוק אומדן לקיבולת השמירה PM של עלים.

תקציר

המבוסס על שיטות ניקוי רגיל (מים ניקוי (שירותים) + מברשת ניקוי (לפנה ס)), מחקר זה העריך את ההשפעה של שטיפה (UC) על איסוף שונים בגודל חלקיקים (PM) נשמרות על משטחים עלה. אנחנו עוד יותר מאופיין יעילות השמירה של עלים כדי PM בגדלים שונים, אשר יעזרו להעריך את יכולותיהם של עירוני עצים כדי להסיר PM הסביבתית באופן כמותי.

לוקח שלושה מינים עץ רחב עלים (גינקו בילובה, Sophora japonica, ערבת בבל), שני needleleaf עץ המינים (אורן tabuliformis , סבינה chinensis) כאובייקטים המחקר, היו דגימות עלים אסף 4 ימים (תקופת השמירה PM קצר) ו-14 ימים (תקופת זמן השמירה PM) אחרי הגשמים האחרונים. PM נשמר על משטחים עלה נאספה באמצעות שירותים, לפני הספירה, UC ברצף. לאחר מכן, יעילות השמירה של העלים (leafAE) שלושה סוגי ראש הממשלה בגדלים שונים, כולל נשלף בקלות PM (ERP), קשה להסיר PM (DRP), ו- PM לגמרי נשלף (TRP), חושבו. יכול להיות תנקה את עצמך, שנאספו על ידי שירותים רק סביב 23% - 45% מכלל PM על עלים. כאשר העלים נוקו דרך שירותים + לפנה ס, underestimation השמירה PM לקיבולת של מינים שונים עץ היה בטווח של 29% - 46% עבור כמעט אחה"צ בגדלים שונים היתה אפשרות להסיר את כל PM נשמר על עלים אם UC היה בתוספת שירותים + לפנה ס.

לסיכום, אם UC היה החמיא לאחר שיטות ניקוי קונבנציונאלי, PM יותר על משטחים עלה יכול להיות eluted ואסף. ההליך שפותחו במחקר זה יכול לשמש להערכת היכולות להסרת PM של מינים עץ שונים.

מבוא

וצריך להעריך את היכולות של מינים שונים עץ כדי להסיר PM אויר דרך לכימות המסה של PM נשמר על משטחים עלה. כדי להשיג מטרה זו, כבר את שיטה1,של חיסור2ממברנה מסנן שיטה3,4,5, שיטת שקילה • תנאי בשילוב עם ניתוח חלקיקים בגודל6 החלת להעריך באופן כמותי את המסה של PM2.5 (≤ בקוטר 2.5 מיקרומטר), PM10 (קוטר ≤ 10 מיקרומטר) או חלקיקים הכולל תנאי (כפית) שמרו על עלים. עם זאת, הדיוק של שיטות אלה בעצם תלוי את הביצועים שלהם באיסוף PM נשמר על משטחים עלה. בזמן הנוכחי, העלה קונבנציונאלי שיטת שימוש במחקרים הקשורים לעתים קרובות הניקוי כולל שלבים אחד או שניים, כלומר רק מים כביסה (להשרות ולשטוף עלים באמצעות מים יונים)3,7 או פלוס צחצוח5, 8 , 9. אולם,10,11 כמה מחקרים הראו כי PM על משטחים עלה יכול לא להיות לגמרי eluted על ידי שיטת הניקוי קונבנציונלי. כמו שטיפה-יש את היתרונות של מהירות גבוהה באיכות גבוהה, נזק מועט על פני השטח של האובייקט, יש פוטנציאל אדיר כדי לשמש כדי לאסוף את ראש הממשלה שמרה על משטחים עלה עם מזערים מורכבים. בזמן הנוכחי, שטיפה-הוחל במחקרים מסוימים כדי לאסוף PM נשמר על משטחים עלה (קרי, מכניסים את העלים מים יונים, והשתמש המנקה אולטראסאונד כדי elute PM)12,13. עם זאת, שיטה זו משמשת רק כתוספת עלה ניקוי שיטה, בזמן לא ידוע אם ניקוי אולטראסוניות יש השפעה חיובית על איסוף PM משטחים עלה, פרמטרי הפעלה אופטימלית שלה הם גם לא ברור. שלנו מחקר קודם הראה כי ראש הממשלה שמרה על גינקו בילובה עלים השטח יכול להיות לגמרי eluted מבלי להרוס את המשטחים עלה, אם הליך נאות ניקוי אולטראסוניות היה שיושלם לשיטת ניקוי קונבנציונלי11 . עם זאת, היציבות של תחולת כללי ניקוי אולטראסוניות פרמטרים (כוח קולי, זמן, ומידע אחר) כדי מינים שונים חווה תקופות השמירה אבק שונים הם עדיין לא ברור.

כיום, המסה של PM2.5, PM10או כפית על יחידת שטח העלה יש נעזרו לעיתים קרובות כדי להעריך את היכולות של מינים שונים עץ כדי להסיר PM הסביבתית14,15. בתנאים טבעיים, ראש הממשלה שמרה על משטחים עלה יכול להיות מסווגים לשני חלקים: החלק הראשון הוא ראש הממשלה זה יכול ליפול עלים בשל ההשפעות של רוח, משקעים, בעוד החלק השני הוא ראש הממשלה כי הוא הדוק דבקה העלה משטחים ואין אפשרות ea sily נשטף על ידי גשמים. עם זאת, מחקרים מעטים התמקדו המסה של שני סוגי PM על משטחים עלה. בנוסף, תקופות השמירה PM עלים במחקרים שונים נבדלים מאוד... לפיכך, comparability של התוצאות של מחקרים אלה יהיו עניים, אם המסה של PM על עלה ליחידת שטח מאומצת כדי להעריך את היכולות להסרת PM עצים16. כתוצאה מכך, PM השמירה יעילות (המסה של PM על יחידה באזור עלה ליחידת זמן), כחלופה, הוצע כדי להעריך את השפעת טיהור PM עירוני עצים5,17. באופן כללי, עדיין יש חוסר מחקר בהיבט הזה. זה הכרחי מאוד לבצע מחקרים רלוונטיים עבור מינים שונים עץ לספק בסיסי מתודולוגי ותמיכה נתונים להערכת היכולות להסרת PM של מינים שונים העץ במדויק.

שלושה מינים עץ רחב עלים (בילובה ג Sophora japonica, ערבת בבל), שני מינים עץ needleleaf (tabuliformis אורן , סבינה chinensis) נבחרו כדי להעריך את הוצאתם PM יכולות תקופות השמירה PM תחת שני. האתר דגימה עלה היה בפארק Xitucheng (39.97° N, 116.36° E), הממוקם באזור עם זיהום כבד בבייג'ינג. מטרות ספציפיות שלושה במחקר זה היו: (1) כדי להעריך את היעילות של עלים שונים ניקוי שיטות (מים (שירותים), מברשת ניקוי (לפנה ס), וניקוי אולטראסאונד (UC)) ב- eluting ראש הממשלה על עלים, (2) כדי לבדוק את ההשפעה של שטיפה על eluting PM, ו- (3) כדי להעריך את יעילות השמירה של מינים שונים עץ PM1, PM2.5, PM5, PM10של כפית.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

1. העלים אוסף, • תנאי, מדידת מסה PM

  1. בחר חמישה בריא בודדים עצים (קרי, חמש משכפל) של כל מין עץ בקוטר דומה בגובה השדיים. לאסוף ארבעה סניפים גדולים באופן אקראי מארבעה כיוונים של החופה החיצוני בשכבה האמצעית החופה, לחתוך את כל העלים ללא פגע.
    הערה: כל הצמחים לדיגום עלה צריך להיות ממוקם היטב ברצועה ירוק עם אורך ורוחב של 250 ל- 60 מ', בהתאמה, על מנת להבטיח כי התנאים הסביבה (רוח, אור ו גשם) של עצים אלה דומים. העלים נעשה שימוש בפרוטוקול נאספו ב-15 באוקטובר (תקופת השמירה (SDR) אבק קצר) ו-25 באוקטובר (זמן תקופת השמירה (LDR) של אבק) בשנת 2014, אשר היו 4 ו 14 ימים לאחר הגשמים האחרונים (> 15 מ מ), בהתאמה. רמות הממוצע PM תחת קצר זמן אבק תקופת השמירה (קרי, משך הזמן בין כמות המשקעים שעבר הזמן דגימה עלה) בניסוי שלנו היו 26 (PM2.5), 57 (מאי10), ו- 111 (PM2.5), µg 160/m3 (מאי10), בהתאמה.
    1. מניחים את העלים שנדגמו שקיות שסתום שכותרתו ולהעביר את התיקים למעבדה מיד. אחסן את דגימות עלים במקרר.
  2. לשטוף, לייבש את בקבוקונים בתנור 80 ° C. Equilibrate של בקבוקונים בטמפרטורת החדר, לחות ולשקול את ספלים ריקים (W1).
  3. באופן אקראי לבחור כמות מסוימת של עלים דגימות עלים ו להכניס את העלים גביע 1000 מ ל (כוס כימית A).
    הערה: האזור עלה הוא על 2000 ס מ2, אשר יכול להבטיח כל העלים יכול להיות שקוע בתוך המים לחלוטין, האבק eluted יש משקל מספיק לאזן בין במדויק.
  4. להוסיף הספל של 270 מ ל מים יונים, לטבול את העלים במים לחלוטין.
    1. מערבבים את המים 60 s עם מוט זכוכית בכיוון אחד (תדר: 2 שניות עבור סיבוב אחד). לאחר מכן שופכים את eluent לתוך שלושה בקבוקונים קטנים של 100 מ ל (כוס כימית) באופן אחיד.
    2. לשטוף את העלים באמצעות בקבוק לחיץ משופעת בסדר עם 30 מ של מים יונים ולהעביר את העלים שטף גביע 1000 מ ל (כוס כימית B). שופכים את eluent לתוך שלוש גביע קטן של 100 מ ל (כוס כימית) באופן אחיד.
  5. להוסיף כוס כימית B 270 מ ל מים יונים, לטבול את העלים במים שוב. מברשת ניילון להשתמש כדי לשפשף את פני העלים (הצבת בצלחת פלסטיק שטוח דק) עם יונים מים ולהימנע להרוס את מיקרו משטח עלה. שופכים את eluent לתוך שלושה בקבוקונים קטנים 100 מ ל (כוס כימית b).
    1. לשטוף את העלים בעזרת הבקבוק סחיט עצה בסדר עם 30 מ של מים יונים ולהעביר את העלים לתוך גביע 1000 מ ל (כוס כימית C). שופכים את eluent לתוך שלוש גביע קטן 100 מ ל (כוס כימית b).
  6. להוסיף כוס כימית C 270 מ ל מים יונים, לטבול את העלים במים שוב.
    1. מכניסים את מיכל הזכוכית מכונת ניקוי אולטראסוניות. באמצעות כוח אולטרה סאונד של 500 W, נקי עבור 3 דקות ו 10 דקות על עלים של המין עץ רחב עלים ו- needleleaf, בהתאמה. מוסיפים את העלים עם מוט זכוכית בכיוון אחד (תדר: 2 שניות עבור אחד עיגול) בו זמנית.
    2. לשטוף את העלים בעזרת הבקבוק סחיט עצה בסדר עם 30 מ של מים יונים ויוצקים את eluent לתוך שלושה בקבוקונים קטנים 100 מ ל (כוס כימית c).
  7. לכסות את פיסת נייר סינון נקי (קוטר = 11 ס מ, שטח = 94.99 ס מ2) על כל גביע (a, b, c) ויבשה על ספלים בתנור 80 ° C כ 5 ימים עד המסה של בקבוקונים הופך מתמדת.
    1. להכניס את בקבוקונים תא איזון כדי equilibrate טמפרטורה ולחות במשך 30 דקות, ולשקול את המסה של כל בקבוקונים 100 מ ל (W2). לחשב את המסה של PM eluted על ידי כל שלב הניקוי מאת W2-W1.

2. מדידה של התפלגות גודל PM ואזור עלה

  1. להוסיף 50 מ ל מים יונים כל גביע שנשקל (a, b, c) שהוזכר לעיל, מקום אלה ספלים מכונת ניקוי אולטראסוניות למשך 30 דקות עד לראש הממשלה מפזר במים יונים.
  2. להוסיף את תגובת שיקוע בתוך (a, b, c) הכלי צפיפות רשת לייזר, למדוד את התפלגות גודל PM eluted על-ידי ניקוי שלבים שונים.
    1. מניחים את האחוזים נפח נמדד להיות המוני באחוזים (Q) של חלקיקים בגדלים שונים. לחשב את הפרופורציה של חלקיקים בגדלים שונים, eluted על ידי כל שלב הניקיון על ידי משוואה (1):
      figure-protocol-1(1)
      כאשר Pi, j מייצג את שיעור המוני (%) של החלקיקים בתוך הכיתה קוטר j eluted של משטחים עלה על ידי השלב הניקוי אני; W. אני מייצג את המסה הכוללת (g) של כל החלקיקים בגודל eluted על ידי השלב הניקוי אני; Qi, j מייצג את אחוז מסה (%) של החלקיקים בתוך הכיתה קוטר j בהמסה הכוללת PM eluted על ידי השלב הניקוי אני; . אני הוא הצעד ניקוי (קרי, שרותים, לפנה ס, ו- UC); ו- j המעמד קוטר, אשר הוגדר ל- d ≤ 1 מיקרומטר (PM1), 1 < d ≤ 2.5 מיקרומטר (PM1-2.5), 2.5 < d ≤ 5 מיקרומטר (PM2.5-5), 5 < d ≤ 10 מיקרומטר (PM5-10), d > 10 מיקרומטר (PM> 10) במחקר הנוכחי.
  3. התפשטות עלים על הפלסטיק לעלות ולסרוק את העלים עם סורק איכותי. השתמש בתוכנת ניתוח תמונה אוטומטי כדי להעריך את שטח הפנים ואת האזור המתוכנן של עלים.
    הערה: הפרוטוקול אפשר לעצור כאן.

3. נתונים וניתוחם

  1. לחשב את סך נשלף חלקיקי החומר (TRP) כסכום של ERP ו- DRP זה יכול להיות eluted על ידי שרותים + לפנה ס + UC.
  2. תחת תקופות השמירה אבק שונים, לחשב את המסה הכוללת של הממשלה בתוך מחלקה specificdiameter שמרו על עלים כסכום של המסה של ראש הממשלה בתוך הכיתה בקוטר המתאים eluted ליד המדרגות ניקוי שונים (קרי, שרותים, לפנה ס, ו- UC).
    1. באמצעות נתונים אלו את הנתונים באזור עלה, לחשב את יעילות השמירה (AEעלה) של החלקיקים בגדלים שונים על יחידת עלה פני השטח באמצעות משוואה (2):
      figure-protocol-2(2)
      נחיתהj וש'j איפה המסה (g) של החלקיקים בתוך הכיתה קוטר j נשמר על יחידת שטח העלה תחת תקופות LDR ו SDR, בהתאמה; LT ו- ST הן מספר ימים התקופות של LDR ו SDR, בהתאמה.
  3. לנהל את כל הבדיקות הסטטיסטיות עם תוכנת SPSS.
    1. השתמש במבחן קולמוגורוב-סמירנוב הבדיקה Levene כדי לוודא את הנחות ANOVA של נורמליות של ההומוגניות של שונויות, בהתאמה, על האחוזים • תנאי של החלקיקים בגדלים שונים ואת נתוני קיבולת השמירה PM.
    2. החל חד-כיווני אנובה לחקור את ההשפעות של המדרגות ניקוי שונים על האחוזים • תנאי של החלקיקים בגדלים שונים תחת תקופות השמירה אבק שונים. השתמש במבחן של דנקן (P = 0.05) כדי לזהות את הבדלים משמעותיים בין השלבים ניקוי שונים.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

ראש הממשלה שמרה על משטחים עלה היו שני סוגים בתנאים טבעיים. ראש הממשלה תיפול בקלות על-ידי גשמים, הרוח בתנאים טבעיים מוגדר נשלף בקלות חלקיקי החומר (ERP). סוג זה של PM היה מיוצג על ידי ראש הממשלה eluted על ידי שירותים במחקר זה. רה מ כי בחוזקה דבקה העלה צף, לא יכול להיות נשטף בקלות על ידי לפנה ס, UC מוגדר קשה להסיר חלקיקי החומר (DRP). סוג זה של PM לא יכול eluted על-ידי גשמים טבעי ורוח.

היה הבדל משמעותי בין המינים עץ חמש בפרופורציות ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

אוסף מדויק ונכון של ראש הממשלה שמרה על משטחים עלה היא הבסיס להערכת היכולות להסרת PM של מינים עץ שונים. לעומת זאת, שיטת הניקוי קונבנציונליים (בב ש או פלוס לפנה ס) לא יכול להסיר לחלוטין את האבק על משטחים עלה, אשר אושרה על-ידי סריקת מיקרוסקופ אלקטרונים10. זה עוד יותר הודגם בבירור על ידי המחקר הנוכחי (איור 1, איור 2, איור 3 איור 4, איור 5

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

המחברים אין לחשוף.

תודות

עבודה זו נתמכה על ידי המימון למחקר בסיסי האוניברסיטאות המרכזי (2017ZY21), את נבחרת מדעי הטבע קרן של סין (21607038).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
MSA2258-1CE-DU בקנה מידה עשרת אלפיםSartorius Scientific Instruments (בייג'ינג) ושות', בע"מMSA2258-1CE-DU: 0.01 מ"ג
מכשיר גרגיריות הלייזר IS13320בקמן קולטר, בריה, ארה"בIS13320תנאי עבודה: דגימות נוזל/כוח; טווח מדידה של גודל חלקיקים: 0.017-2000 μ m
Epson Twain Pro סורק באיכות גבוההSeiko Epson, נגנו, יפןexpression1680
תוכנה לניתוח תמונות אוטומטי WinRHIZORegent Instruments Inc., קוויבק, קנדהWinRHIZO Pro 2013a
דיוק

מקורות

  1. Baidurela, A., Halik, U., Aishan, T., Nuermaimaiti, K. Maximum dust retention of main greening trees in arid land oasis cities, Northwest China. Scientia Silvae Sinicae. 51, 57-63 (2015).
  2. Fan, S. Y., et al. Dust capturing capacities of twenty-six deciduous broad-leaved trees in Beijing. Chinese Journal of Plant Ecology. 39, 736-745 (2015).
  3. Dzierzanowski, K., Gawroński, S. W. Use of trees for reducing particulate matter pollution in air. Challenges of Modern Technology. 2, 69-73 (2011).
  4. Przybysz, A., Sæbø, A., Hanslin, H. M., Gawroński, S. W. Accumulation of particulate matter and trace elements on vegetation as affected by pollution level, rainfall and the passage of time. Science of the Total Environment. 481, 360-369 (2014).
  5. Chen, L. X., Liu, C. M., Zou, R., Yang, M., Zhang, Z. Q. Experimental examination of effectiveness of vegetation as bio-filter of particulate matter in the urban environment. Environmental Pollution. 208, 198-208 (2016).
  6. Zhang, Z. D., Xi, B. Y., Cao, Z. G., Jia, L. M. Exploration of a quantitative methodology to characterize the retention of PM2.5 and other atmospheric particulate matter by plant leaves: Taking Populus tomentosa as an example. Chinese Journal of Applied Ecology. 25, 2238-2242 (2014).
  7. Zhang, F. Studies on the Existing Shrubs of the Road in Changchun and the Dust Retention Capacity of the Three Shrubs. Jilin Agricultural University. , Changchun. (2013).
  8. Beckett, K. P., Freer-Smith, P., Taylor, G. Effective tree species for local air-quality management. Journal of Arboriculture. 163, 12-19 (2000).
  9. Wang, H. X., Shi, H., Wang, Y. H. Dynamics of the captured quantity of particulate matter by plant leaves under typical weather conditions. Acta Ecologica Sinica. 35, 1696-1705 (2015).
  10. Wang, Z. H., Li, J. B. Capacity of dust uptake by leaf surface of Euonymus Japonicus Thunb. and the morphology of captured particle in air polluted city. Ecology & Environment. 15, 327-330 (2006).
  11. Liu, H. H., et al. Analysis of the Role of Ultrasonic Cleaning in Quantitative Evaluation of the Retention of Tree Leaves to Atmospheric Particles: A Case Study with Ginkgo biloba. Scientia Silvae Sinicae. 52 (12), 133-140 (2016).
  12. Chen, W., et al. Dust absorption effect of urban conifers in Northeast China. Chinese. Journal of Applied Ecology. 14 (12), 2113-2116 (2003).
  13. Li, H., Yang, S. L. Changes of suspended particulates adhering to salt marsh plants. Acta Oceanolo Giga Sinica. 32 (1), 114-119 (2010).
  14. Nguyen, T., Yu, X. X., Zhang, Z. M., Liu, M. M., Liu, X. H. Relationship between types of urban forest and PM2.5 capture at three growth stages of leaves. Journal of Environmental Sciences. 27 (1), 33-41 (2015).
  15. Fan, S. X., Li, X. P., Han, J., Cao, Y., Dong, L. Field assessment of the impacts of landscape structure on different-sized airborne particles in residential areas of Beijing, China. Atmospheric Environment. 166, 192-203 (2017).
  16. Liu, J. Q., et al. Ultrasonic based investigation on particulate size distribution and retention efficiency of particulate matters retained on tree leaves-Taking Ginkgo biloba and Pinus tabuliformis as examples. Chinese Journal of Applied Ecology. 40, 798-809 (2016).
  17. Yao, X. Y., Hu, Y. S., Liu, Y. H. Dust-retention effect of 8 common greening Tree Species in Beijing. Journal of Northwest Forestry University. 29, 92-95 (2014).
  18. Wang, H. X., Shi, H., Wang, Y. H., Duan, J., Wang, Y. H. Influence of surface structure on the particle size distribution captured by Ligustrum lucidum. Journal of Safety & Environment. 1, 258-262 (2015).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

ניתוח עלי עציםניקוי אולטרסוניניקוי במיםניקוי במברשתיעילות שימור חלקיקים (PM)שטח פני העלההתפלגות גדלי חלקיקיםמיני עצים עירונייםהשוואת שיטות ניקוי
הערכת היכולות הסרת חלקיקים של העץ עלים
צרו קשר
המליצו לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.